【数论】埃氏筛法&&CODE[VS] 3223 素数密度 = =

埃氏筛法详解及应用
本文详细介绍了埃氏筛法的时间复杂度为O(nloglogn),并阐述了如何通过筛除小于等于sqrt(n)的所有质数来提高算法效率。通过具体的题目示例,展示了如何在指定范围内高效筛出合数。

DQS真是太神辣!
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埃氏筛法:

时间复杂度O(nloglogn)
(md优快云分分钟崩溃,重写第四次QAQ)
想要得到n以内所有质数,应筛去sqrt(n)以内的所有质数的倍数
为什么呢
因为,我们假设a = sqrt(n),所以有a^2 == n,因此一个自然数的因数,如果大于sqrt(n),则必定有一个因数是小于sqrt(n)的,反之亦然,所以只需要找到小于等于sqrt(n)的质数即可,减少了运算次数,提高了效率。

对于3223,这个题,一个问题就是l,r范围有点大,直接用数组存肯定会炸掉,所以我们就不存了!!!,直接在sqrt(n)以内筛出质数,再用筛出来的质数在区间[l,r]中筛出合数。
这里我们让j = max(2,(l+i-1)/i)*i,作为枚举的下界,(i是你之前所筛出的一个质数),之所以在2与(l+i-1)/i之间取max,是因为2是最小的质数同时也是普遍i的最小倍数(因为i*1没必要举到),一定不能小于2,而(l+i-1)/i则是大于等于l的i的最小倍数,这么做的话是可以减少运算步数,最后将这个倍数乘以i本身,再在循环的时候,每次加i,就可以很快地找出合数了

还有就是在用质数筛合数的时候,别忘了在2后加上 -ll后缀,2ll表示long long型的常数2

垃圾题代码:

#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <cmath>

const long long maxn = 1233333;

using namespace std;
typedef long long LL;

LL l,r;
LL ans;
LL n;
bool pri[maxn];
bool check[maxn];

LL read()
{
    char ch;
    LL data = 0;
    LL f = 1;
    while(ch <'0'|| ch >'9')
    {
        if(ch == '-')
        {
            f = -1;
        }
        ch = getchar();

    }
    do{
        data = data*10+ch-'0';
        ch = getchar();
    }while(ch >='0'&&ch <='9');
    data *= f;
return data;
}

inline void prime(LL x)
{
    memset(check,0,sizeof(check));
    for(LL i = 2;i <= sqrt(x);i++)
    {
        if(check[i] != 1)
        {
            for(LL j = i*i;j <= sqrt(x);j += i)
            {
                check[j] = 1;
            }
            for(LL j=max(2ll,(l+i-1)/i)*i;j<=r;j+=i) 
            {
                pri[j-l]=1;
            }
        } 
    }
}

int main()
{
    l = read();
    r = read();
    prime(r);
    for(LL i = 0;i <= r - l;i++)
        if(!pri[i]) 
            ans++;
    printf("%lld\n",ans);
return 0;
}

THE END

By Peacefuldoge
http://blog.youkuaiyun.com/loi_peacefuldog

<think>好的,我现在需要帮用户介绍一下素数筛法,特别是埃氏筛法和线性筛法,并且要给出C++代码。首先,用户可能是在学习算法或者数论相关内容,需要了解这两种筛法的原理、步骤以及代码实现。用户可能对它们的区别和各自的优缺点感兴趣,尤其是时间复杂度和效率方面。 首先,我应该回忆埃氏筛法的基本思想。埃拉托斯特尼筛法是通过不断标记素数的倍数来筛选出所有素数。它的时间复杂度是O(n log log n),对于一般的问题已经够用了,但可能会有重复标记的情况,比如数字6会被2和3都标记一次,导致效率稍低。 接下来是线性筛法,也就是欧拉筛。这种筛法的核心是每个合数只被它的最小质因数筛掉,这样每个合数只被标记一次,时间复杂度是O(n),但实现起来稍微复杂一些,需要维护一个质数列表,并且每次用当前质数去乘已经找到的质数,直到当前数能被该质数整除为止。 用户可能需要对比这两种方法的优缺点,比如埃氏筛法虽然时间复杂度稍高,但实现简单,适合小规模数据或者对代码简洁性要求高的场景;而线性筛法在数据规模较大时更高效,但代码稍微复杂,需要更多的空间来存储质数列表。 接下来要考虑用户提供的C++代码示例。需要确保代码正确,并且有注释说明关键步骤。例如,埃氏筛法需要一个布尔数组isPrime,初始化为true,然后从2开始,将每个素数的倍数标记为false。而线性筛法需要维护一个vector存储素数,内层循环中,对于每个数i,用已有的素数prime[j]去标记i*prime[j],并且在i能整除prime[j]时跳出循环,避免重复标记。 还要注意代码的效率优化,比如埃氏筛法可以从i*i开始标记,因为之前的倍数已经被更小的素数标记过了。而线性筛法则必须确保每个合数只被筛一次,因此需要及时break。 用户可能的疑问包括:为什么线性筛法能保证每个合数只被筛一次?这时候需要解释,每个合数都是被其最小质因数筛掉的,比如12会被2筛掉(当i=6,prime[j]=2时),而不会在i=4,prime[j]=3的时候被筛,因为此时i%prime[j]等于0,会break,避免用更大的质数去筛。 另外,可能需要说明这两种筛法的适用场景。例如,埃氏筛法适合需要快速实现且处理数据规模不是特别大的情况,而线性筛法在处理大规模数据时更高效,尤其是在n很大的时候。 最后,用户可能需要实际运行这些代码,所以需要确保代码的正确性,没有语法错误,并且给出测试示例,比如n=30时输出的素数列表是否正确。在代码示例中,最好也包含输入的提示和输出的格式,方便用户理解和使用。</think>以下是关于**素数筛法(埃氏筛法与线性筛法)**的详细解析,包含C++代码实现: --- ### 一、埃拉托斯特尼筛法(埃氏筛法) #### 核心思想 通过**标记素数的倍数**来筛选出所有素数,时间复杂度为$O(n \log \log n)$。 #### 步骤 1. 初始化一个布尔数组`isPrime[0..n]`,默认全为`true`。 2. 从最小的素数2开始,若`isPrime[i]`为`true`,则标记所有$i$的倍数为非素数。 3. 重复步骤2直到遍历完$\sqrt{n}$。 #### C++代码 ```cpp #include <iostream> #include <vector> using namespace std; void eratosthenes(int n) { vector<bool> isPrime(n + 1, true); isPrime[0] = isPrime[1] = false; // 0和1不是素数 for (int i = 2; i * i <= n; ++i) { if (isPrime[i]) { // 从i*i开始标记,因为更小的倍数已被更小的素数标记过 for (int j = i * i; j <= n; j += i) { isPrime[j] = false; } } } // 输出所有素数 for (int i = 2; i <= n; ++i) { if (isPrime[i]) cout << i << " "; } } int main() { int n = 30; cout << "埃氏筛法结果(n=30):"; eratosthenes(n); return 0; } ``` #### 输出 ``` 埃氏筛法结果(n=30):2 3 5 7 11 13 17 19 23 29 ``` --- ### 二、线性筛法(欧拉筛法) #### 核心思想 确保每个合数**仅被其最小质因数筛除**,时间复杂度$O(n)$,空间复杂度$O(n)$。 #### 步骤 1. 维护一个质数列表`primes`和一个布尔数组`isPrime[0..n]`。 2. 遍历每个数$i$,若未被标记为非素数,则将其加入质数列表。 3. 用当前质数$p$标记$i \times p$为非素数,当$i \bmod p = 0$时终止标记。 #### C++代码 ```cpp #include <iostream> #include <vector> using namespace std; void eulerSieve(int n) { vector<bool> isPrime(n + 1, true); vector<int> primes; // 存储所有素数 isPrime[0] = isPrime[1] = false; for (int i = 2; i <= n; ++i) { if (isPrime[i]) { primes.push_back(i); // i是素数,加入列表 } // 用当前已知素数标记i*primes[j] for (int j = 0; j < primes.size() && i * primes[j] <= n; ++j) { isPrime[i * primes[j]] = false; if (i % primes[j] == 0) break; // 关键:保证只被最小质因数筛一次 } } // 输出结果 for (int p : primes) cout << p << " "; } int main() { int n = 30; cout << "线性筛法结果(n=30):"; eulerSieve(n); return 0; } ``` #### 输出 ``` 线性筛法结果(n=30):2 3 5 7 11 13 17 19 23 29 ``` --- ### 三、两种筛法的对比 | 特性 | 埃氏筛法 | 线性筛法 | |--------------------|---------------------------------|---------------------------------| | **时间复杂度** | $O(n \log \log n)$ | $O(n)$ | | **空间复杂度** | $O(n)$ | $O(n)$ | | **重复标记次数** | 较多(如6会被2和3各标记一次) | 无(每个合数仅被标记一次) | | **适用场景** | 小规模数据或快速实现 | 大规模数据或严格时间复杂度要求 | --- ### 四、关键点解析 1. **埃氏筛法的优化**: - 标记起点从$i^2$开始,避免重复标记(如$i=5$时,直接从25开始标记,跳过10、15、20等已被标记的数)。 2. **线性筛法的核心**: - **`if (i % primes[j] == 0) break`**: 假设当前数为$i=4$,质数列表为$[2,3]$,当标记$4 \times 2=8$后,由于$4 \bmod 2=0$,停止标记,避免后续标记$4 \times 3=12$(12会被$6 \times 2=12$筛除,保证最小质因数优先)。 --- ### 五、实际应用 - **埃氏筛法**:适合一次性生成素数表(如LeetCode计数问题)。 - **线性筛法**:在需要频繁查询或处理极大范围(如$n \geq 10^7$)时更高效。 若有疑问(如代码细节或数学证明),欢迎进一步讨论!
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